(57)【要約】【課題】システム構成が簡素で運用が容易となるように、１台の機構に既存の小型のセンサを少数組込み、形状計測、点検、補修をオペレータが効率的に遠隔操縦できる遠隔点検補修システムを提供する。【解決手段】補修施工用のレーザ発射部４ａを有し、施工対象の構造物を監視して補修箇所を検知するテレビカメラ１７が取付けられたヘッド部４と、構造物の３次元形状を計測する形状計測センサ６と、形状計測センサ６及びヘッド部４の駆動機構１と、形状計測センサ６からの信号により構造物の補修箇所の３次元形状位置データを得て、ヘッド部４の施工経路に基づいた駆動機構１の駆動データを生成し、駆動機構１を遠隔で制御する制御装置１１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補修施工用のレーザ発射部を有し、施工対象の構造物を監視して補修箇所を検知するテレビカメラが取付けられたヘッド部と、前記構造物の３次元形状を計測する形状計測センサと、前記形状計測センサ及び前記ヘッド部の駆動機構と、前記形状計測センサからの信号により前記構造物の補修箇所の３次元形状位置データを得て、前記ヘッド部の施工経路に基づいた前記駆動機構の駆動データを生成し、前記駆動機構を遠隔で制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする遠隔点検補修システム。
【請求項２】
前記駆動機構は、旋回、昇降移動する移動部材に取付けられた多関節アーム部を有し、前記形状計測センサが前記移動部材に取付けられ、前記ヘッド部が前記多関節アーム部の先端に有り位置・姿勢が変えられることを特徴とする請求項１に記載の遠隔点検補修システム。
【請求項３】
前記形状計測センサは、前記構造物に扇状のレーザビームを照射するレーザ発生部とテレビカメラを有し、光切断法により前記構造物の３次元形状を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔点検補修システム。
【請求項４】
前記テレビカメラの前面に洗浄水を流し、補修施工時に不純物の付着及び放射熱、伝導熱による過熱を防いだことを特徴とする請求項１ないし３に記載の遠隔点検補修システム。
【請求項５】
前記テレビカメラの前面に光線を遮断するシャッタ又は光線を偏向する反射ミラーを設け、補修施工時に不純物の付着及び放射熱、伝導熱による過熱を防いだことを特徴とする請求項１ないし４に記載の遠隔点検補修システム。
【請求項６】
請求項１に記載の遠隔点検補修システムを用いた遠隔点検補修方法であって、
前記テレビカメラの映像から前記構造物の補修箇所を検知する工程と、前記形状計測センサにより前記構造物の３次元形状を計測する工程と、前記構造物の補修箇所の３次元形状位置データを得る工程と、前記３次元形状位置データから前記ヘッド部の施工経路に基づいた前記駆動機構の駆動データを生成する工程と、前記駆動データにより前記駆動機構を制御する工程と、を有することを特徴とする遠隔点検補修方法。
【請求項７】
請求項１に記載の遠隔点検補修システムのキャリブレーション方法であって、
水中環境での点検及び補修施工を行う場合に、予め水槽内で前記形状計測センサ及び前記テレビカメラを用いて前記駆動機構による駆動のキャリブレーションを施すことを特徴とする遠隔点検補修システムのキャリブレーション方法。
【請求項８】
請求項１に記載の遠隔点検補修システムのキャリブレーション方法であって、
水中環境での点検及び補修施工を行う場合に、予め水槽内で前記駆動機構を動作させ、前記形状計測センサの距離計測のキャリブレーション及び前記テレビカメラの映像位置のキャリブレーションを施すことを特徴とする遠隔点検補修システムのキャリブレーション方法。
【請求項９】
補修施工用のレーザ発射部を有するヘッド部と、前記ヘッド部の駆動機構と、前記駆動機構の周囲に設置され、施工対象の構造物を監視し、前記構造物の３次元形状を計測する複数台のテレビカメラと、前記テレビカメラからの映像信号により前記構造物の補修箇所の３次元形状位置データ及び前記補修箇所に対応する前記ヘッド部の位置・姿勢データから、前記ヘッド部の施工経路に基づいた前記駆動機構の駆動データを生成し、前記駆動機構を遠隔で制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする遠隔点検補修システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の立ち入ることの困難な複雑かつ狭隘な環境下の構造物に対して、確実かつ効率的な点検・補修作業を実現する遠隔点検補修システム、そのキャリブレーション方法及び補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、遠隔制御装置を導入して行う構造物の点検・補修作業は、現場（点検・補修作業を行う箇所）に、点検・補修作業用の駆動機構とテレビカメラを備えて、オペレータが駆動機構と周囲の状態を監視しながら、施工用のヘッド部を操作するケースが多い。
【０００３】
しかし、例えばキズの検出のような点検や溶接のような補修施工などの作業を行う場合、多関節機構を用いての高精度の位置決め制御や一定速度の走査制御などの厳しい駆動条件が要求され、オペレータが遠隔操作を行うには、負担が大きい。また、非常に多くの訓練と実施工期を要することになる。
【０００４】
そこで、高精度の位置決め精度や一定速度の走査作業を確実かつ効率的に実施させるため、遠隔制御装置に種々の外界センサ（テレビカメラ、距離センサ、接触センサなど）を組込んで自動的に位置決め、自動走査させる遠隔機器の開発が行われている。製造工場のような人の立ち入りが容易な比較的環境条件の良い場所では、このような高精度遠隔制御装置の実用化が進んでいるが、人の立ち入ることの困難な複雑かつ狭隘なプラント等の環境下では、以下の課題があり、実用化が困難な状況にある。
【０００５】
・複雑かつ狭隘な環境下で駆動させるため駆動機構の小型軽量化を図る必要があるが、多数のセンサを取付けるスペースが無いため、小型化が困難である。
・人の立ち入ることの困難な環境条件（温度、湿度、振動、放射線、水中など）に適応できる小型、高精度で広範囲に計測可能なセンサがない。
・多数のセンサを取付けるとセンサケーブルが増加し、また装置が複雑化して、運用が困難となる。またコストパーフォーマンスが低い高価な装置となる。
・周囲構造物の形状・寸法が設計図と実物と異なり明確でない場合があり、複雑かつ狭隘な環境下では、容易に形状計測することが困難である。
【０００６】
最近、点検・補修作業用駆動機構とは独立に、形状計測専用の駆動機構を新たに用いて、小型化を実現する方式の装置が提案されている。
【特許文献１】特開平５−２６６３８号公報
【非特許文献１】高速光切断法プロファイル計測システム、オプトウエア（株）、        インターネット、＜URL:http://www.optoware.co.jp/densen.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記方式も以下の課題があり、改良開発が求められている。  
・形状計測専用駆動機構と点検・補修作業用駆動機構の据付ズレが発生する可能性が高く、このズレ量の検出機能とズレ補正機能が必要である。
・各々の機構の特性（ガタ、たわみ、バックラッシュ、位置決め精度）が異なることによる補修作業用駆動機構の座標系への形状計測データの貼り付け誤差と目標位置決め誤差を低減させる機能が必要である。
・２台の機構を備えることにより、装置及び運用の複雑化と工数・費用の増加を招く。信頼性向上と装置の簡素化、処理の高速化が求められる。
【０００８】
よって、人の立ち入ることの困難な複雑かつ狭隘な環境下において、確実かつ効率的な点検・補修作業を実現するには、上記課題を解決する新たな装置を構築する必要がある。
【０００９】
一方、小型の形状計測センサとして、例えばスリット状（扇状）のレーザ光源とそれを映像化するカメラから構成される光切断法の方式によるセンサが実用化されている（例えば特許文献１、及び非特許文献１参照）。
【００１０】
そこで、１台の機構と耐環境性に優れた小型のセンサを少数用いて、周囲構造物の形状・寸法を計測して、確実かつ効率的に点検・補修作業を行うことのできるシステムが望まれる。本発明の目的は、システム構成が簡素で運用が容易となるように、１台の機構に既存の小型のセンサを少数組込み、形状計測、点検、補修をオペレータが効率的に遠隔操縦できる遠隔点検補修システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の遠隔点検補修システムは、補修施工用のレーザ発射部を有し、施工対象の構造物を監視して補修箇所を検知するテレビカメラが取付けられたヘッド部と、前記構造物の３次元形状を計測する形状計測センサと、前記形状計測センサ及び前記ヘッド部の駆動機構と、前記形状計測センサからの信号により前記構造物の補修箇所の３次元形状位置データを得て、前記ヘッド部の施工経路に基づいた前記駆動機構の駆動データを生成し、前記駆動機構を遠隔で制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の遠隔点検補修方法は、上記遠隔点検補修システムを用いた遠隔点検補修方法であって、
前記テレビカメラの映像から前記構造物の補修箇所を検知する工程と、前記形状計測センサにより前記構造物の３次元形状を計測する工程と、前記構造物の補修箇所の３次元形状位置データを得る工程と、前記３次元形状位置データから施工経路に基づいた前記駆動機構の駆動データを生成する工程と、前記駆動データにより前記駆動機構を駆動制御する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の遠隔点検補修システムのキャリブレーション方法は、上記遠隔点検補修システムのキャリブレーション方法であって、
水中環境での点検及び補修施工を行う場合に、予め水槽内で前記形状計測センサ及び前記テレビカメラを用いて前記駆動機構による駆動のキャリブレーションを施すことを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の遠隔点検補修システムのキャリブレーション方法は、上記遠隔点検補修システムのキャリブレーション方法であって、
水中環境での点検及び補修施工を行う場合に、予め水槽内で前記駆動機構を動作させ、前記形状計測センサの距離計測のキャリブレーション及び前記テレビカメラの映像位置のキャリブレーションを施すことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の遠隔点検補修システムは、補修施工用のレーザ発射部を有するヘッド部と、前記ヘッド部の駆動機構と、前記駆動機構の周囲に設置され、施工対象の構造物を監視し、前記構造物の３次元形状を計測する複数台のテレビカメラと、前記テレビカメラからの映像信号により前記構造物の補修箇所の３次元形状位置データ及び前記補修箇所に対応する前記ヘッド部の位置・姿勢データから、前記ヘッド部の施工経路に基づいた前記駆動機構の駆動データを生成し、前記駆動機構を遠隔で制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、１台の機構と耐環境性に優れた小型のセンサを少数用いて、対象構造物の形状・寸法を計測して、確実かつ効率的に点検・補修作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る遠隔点検補修システムの実施形態について、図面を参照して説明する。各実施形態では、人の立ち入ることの困難な複雑かつ狭隘な環境にある構造物として原子力発電所の原子炉の炉底部（水深３０ｍ）の点検・補修施工向けのシステムを例にとり説明する。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、実施形態１における炉底部構造物を対象とした遠隔点検補修システムの構成を説明する図である。  
形状計測及び点検・補修を行うための駆動機構１には、駆動機構本体部２、上記駆動機構本体部２に取付けられ先端に駆動機構ヘッド部（以下「ヘッド部」）４を有する多関節アーム部３がある。駆動機構本体部２は、旋回動作を行い、その内部にある柱部材２ａと移動部材２ｂがネジで係合し、柱部材２ａの回転により移動部材２ｂが昇降動作を行う。ヘッド部４は、駆動機構１によりその位置・姿勢が変えられ、点検、補修施工を行うもので、補修箇所であるキズ５ａを補修するためにレーザを発射するレーザ発射部４ａを有する。ヘッド部４の側面には周囲構造物５の状態を監視して補修箇所を検知するテレビカメラ１７が取付けられている。
【００１９】
本実施形態の点検・補修対象となる周囲構造物５である炉底部構造物は、スタブチューブ、ＣＲＤ（制御棒駆動機構）ハウジング、ＩＣＭ（インコアモータ）ハウジングである。形状計測センサ６は、水密ケースに収納され、多関節アーム部３を駆動させても位置が変わらない箇所にある移動部材２ｂに取付けられ、扇状のレーザビーム９を発生するレーザ発生部７及びテレビカメラ８を構成機器とし、光切断法により構造物の３次元形状を計測する。
【００２０】
制御装置１１は地上部（炉容器の上部にあるオペレーションフロア）のエリアに設けられる。制御装置１１には、駆動機構１を駆動させる駆動機構制御盤１２、駆動機構制御盤１２を制御する駆動コントローラ１３、駆動コントローラ１３から送信されてくる表示用データ（位置・姿勢データ等）を受信して駆動機構１と周囲構造物５との位置関係を表示する状態表示コントローラ１４、形状計測センサ６と共に形状計測装置を構成し、形状計測センサ６からの信号を処理して距離データを生成する信号処理部１５、上記信号処理部１５で生成した距離データと駆動コントローラ１３からの駆動機構１の先端に有るヘッド部４の位置・姿勢データを入力して、駆動機構１の原点からの形状位置データ（３ＤＣＡＤデータ）を生成し、駆動コントローラ１３、状態表示コントローラ１４に送信するデータ処理装置１６が備えられる。
【００２１】
信号ケーブル１０は、制御装置１１と駆動機構１の間、及び制御装置１１と形状計測センサ６の間の信号を伝送する。
ハブ（ＨＵＢ）１８は、駆動コントローラ１３、状態表示コントローラ１４、データ処理装置１６間の信号を、ＬＡＮを介して送受信の中継局として働く。
モニタ１９は、ヘッド部４に取付けられたテレビカメラ１７の映像を監視する。
【００２２】
次に本実施形態の遠隔点検補修システムによる炉底部構造物の点検から補修までの作業手順を説明する。  
図２は、本実施形態における遠隔点検補修システムによる炉底部構造物の点検補修施工の手順を示す図である。
【００２３】
点検から補修までの作業手順は、以下のとおりであり、（１）−（９）の手順は図２のステップＳ１−Ｓ９に対応する。駆動機構１台のみの操作で一連の作業を行う。  
（１）機構挿入前処理
（２）駆動機構の炉内挿入
（３）キズ探索
（４）キズの座標検出、補修範囲策定
（５）補修箇所の形状計測
（６）補修処理計画生成
（７）補修施工
（８）補修施工結果の確認
（９）駆動機構の引き上げ
【００２４】
手順（１）において、駆動機構１を炉底部へ挿入する前に前処理として気中動作試験、水中動作試験を行う。駆動機構１、形状計測センサ６及びテレビカメラ１７が正常な動作ができるか、また要求の位置決め性能となっていることを確認する。キャリブレーション、キズ探索経路及び駆動データの生成、及び駆動データのシミュレーションによる干渉チェックを行う。
【００２５】
キャリブレーションは、以下の処理を実施する。  
・駆動機構キャリブレーション
・形状計測センサキャリブレーション
・テレビカメラキャリブレーション
【００２６】
この機構挿入前処理でのキャリブレーション処理は、炉底部環境に近づけて、正確な性能を確認するために行うもので、予め水槽に駆動機構を設置し、水中環境で行う。  
手順（２）において、水中動作を確認する。
手順（５）において、レーザビームの照射、照射点座標の算出を行う。
手順（６）において、駆動データの生成、駆動データのシミュレーションによる干渉チェックを行う。
【００２７】
図３は、実施形態１における遠隔点検補修システムの形状計測センサ、監視用テレビカメラのキャリブレーション方法を説明する図であり、（ａ）は全体の見取り図、（ｂ）−（ｄ）はそれぞれ初期姿勢、昇降移動、前後移動を示す図である。
【００２８】
駆動機構キャリブレーションは、水槽２５内で駆動機構１を模擬炉底部構造物２６上に設置し、多関節アーム部３の駆動で移動しない移動部材２ｂに取付けられた形状計測用センサ６及びヘッド部４に取付けられるテレビカメラ１７を用いて行う。駆動コントローラ１３からの指令で駆動機構制御盤１２を用いてヘッド部４を、設定した複数の位置・姿勢により形状計測センサ６からレーザビーム９が駆動機構先端（ヘッド部４）が照射される位置・姿勢に移動させる。その時の実測の位置・姿勢データと形状計測センサ６からのデータを信号処理部１５で信号処理して求める距離データを収集し、設定したデータとのズレを求める。そして、ズレが許容範囲内に入ることを確認する。ズレが大きい場合には、駆動機構１各部の位置・姿勢ズレを求め、正常な位置・姿勢データに変更する。
【００２９】
また、駆動コントローラ１３からの指令で駆動機構制御盤１２を用いてヘッド部４を、設定した複数の位置・姿勢によりヘッド部４に取付けられるテレビカメラ１７で駆動機構本体部２が撮影できる位置・姿勢に移動させる。その時の実測の位置・姿勢データと映像を収集する。視点位置が設定した箇所とずれている場合には、そのズレ量を求める。実際に炉底部に挿入されたときに、駆動機構キャリブレーションの時に撮影した映像と、炉底部に挿入したときの映像とを比較して、変化が無いことを確認する。
【００３０】
形状計測センサキャリブレーションは、駆動機構１を昇降方向、前後方向に移動させて、移動量に相当する距離変化が許容範囲内で計測できることを確認する。許容範囲内で計測できないときは、移動量と計測データとが一致する補正特性を求める。
【００３１】
テレビカメラキャリブレーションは、ヘッド部４を、設定した複数の位置・姿勢によりヘッド部４に取付けられるテレビカメラ１７で駆動機構本体部２が撮影できる位置・姿勢に移動させ、その時の実測の位置・姿勢データと映像を収集する。映像の視点位置が設定した箇所とずれている場合には、そのズレ量を求める。実際に炉底部に挿入されたときに、駆動機構キャリブレーションの時に撮影した映像と、炉底部に挿入したときの映像とを比較して、変化が無いことを確認する。
【００３２】
次にキズ探索経路生成及びシミュレーションを行う。通常、補修作業を行う場合、予め別の監視カメラ等で、どの付近にキズらしいものがありそうだという情報が得られている。よって、駆動機構１の挿入場所及び大よその向きが想定できることから、効率的なキズ探索経路（テレビカメラ１７の移動経路）を事前に生成することができる。キズ探索経路生成を行う際は、データ処理装置１６で設計データから生成した周囲構造物５の形状データ（３ＤＣＡＤデータ：正確なアズビルトの周囲構造物５の形状データがあればそれを用いる）を用いて探索範囲情報（探索開始位置と探索終了位置）をオペレータが設定すれば、機械的に走査経路が求まる。
【００３３】
そして、作成したテレビカメラ１７の移動経路から、駆動機構１の駆動データを求め、３ＤＣＡＤデータを用いた駆動シミュレーションにより、周囲構造物５との干渉チェックを行う。点検時は、周囲構造物５と離れた距離から処理するため、設計データから生成した周囲構造物５の形状データでシミュレーションをしても駆動機構１と周囲構造物５との干渉する懼れが殆どない。
【００３４】
遠隔点検補修システムは、点検・補修作業を行う際、まず補修作業に必要となる情報収集を行う。具体的には、予め別の監視カメラ等で得られた情報を基に、最も近い位置のスタブチューブに駆動機構１を挿入する。そして、水中３気圧の環境で、装置機能が正常に保たれていることを確認するため、予め設定した動作確認を行う。
【００３５】
駆動機構１を挿入し、動作確認を行って気中時と変化が無いことを確認できれば、続いて、駆動機構１のヘッド部４に取付けたテレビカメラ１７を用いて詳細なキズ探索を行い、キズ５ａの位置の映像を収集する。そして収集した映像と映像を撮影したときのヘッド部４の位置・姿勢データから、詳細なキズ５ａの位置（駆動機構の原点からの座標）、大きさ（補修施工する範囲）を算出する。機構挿入前処理時に形状計測センサキャリブレーション処理を実施しており、炉底部挿入時にキャリブレーションの際と変化が無いことが確認されているため、正確でしかも効率的なキズ５ａの位置検出が可能となる。
【００３６】
図４は、実施形態１におけるキズの映像からキズの座標及び補修施工範囲を求める方法を示す図であり、（ａ）はキズを有する炉底部構造物、（ｂ）は駆動機構の一部、（ｃ），（ｄ）はヘッド部を移動させた状態をそれぞれ示す図である。
【００３７】
本実施形態では、キズ５ａの座標の算出方法は、まずヘッド部４に取付けたテレビカメラ１７で収集した映像をモニタ１９に表示する。キズ５ａの位置φ（端点）が画面の中心に来るように駆動機構１の旋回（θm）と前後（Ｒ）を移動させる。すなわち、ヘッド部４は、角度Δs傾け、角度θm1からθm2まで旋回させ、半径方向にＲ1からＲ2まで移動させる。そのときのヘッド部４の位置・姿勢データを収集し、収集した位置・姿勢データから、座標計算することで駆動機構１の原点からのキズ５ａの座標及び補修施工範囲を求める。画像処理などの煩わしい処理をすることなく、容易に求めることが可能となる。
【００３８】
図５は、実施形態１における遠隔点検補修システムによる炉底部形状計測の処理結果を示す図であり、（ａ）はシステム全体の見取り図、（ｂ）は炉底部構造物の３次元形状を作成した結果を示す図である。
図５（ｂ）において、キズを含む炉底部構造物の３次元形状が示されている。
【００３９】
形状計測センサ６のレーザ発生部７からの扇状のレーザビーム９を下方向の周囲構造物５（炉底部構造物）に照射し、そのレーザビーム９が照射された炉底部構造物をテレビカメラ８で撮影する。
【００４０】
撮影された映像は、制御装置１１に備える信号処理部１５に映像信号として送信され、信号処理部１５で三角測量の原理を用いて、テレビカメラ８で撮影された映像から、レーザビーム９の照射点の座標を算出する。信号処理部１５でのこの座標データの算出は、駆動機構挿入前処理において、水槽内で撮影された映像でレーザビーム９の照射点位置からテレビカメラ座標系での位置をキャリブレーションしておいてあるので、正確にしかも効率的に求めることができる。
【００４１】
本実施形態では、駆動機構１を、旋回角度を変えてレーザビーム９が照射された炉底部構造物の映像を撮影し、信号処理部１５でテレビカメラ座標系での炉底部構造物の照射点座標を算出する。算出したテレビカメラ座標系での炉底部構造物の照射点座標データは、データ処理装置１６に送信される。データ処理装置１６は、受信した照射点座標データと、駆動コントローラ１３からのヘッド部４の位置・姿勢データを受信し、駆動機構の原点からの炉底部構造物の照射点座標を算出する。駆動機構１の原点と形状計測センサ６のテレビカメラ８の原点との位置関係は正確に分かっており、また、駆動機構挿入前処理において、水槽内で撮影された映像でレーザビーム９の照射点位置からテレビカメラ座標系での位置をキャリブレーションしておいてあるので、容易にしかも正確に炉底部構造物の形状位置データ（駆動機構の原点からの炉底部構造物の照射点座標）を得ることができる。
【００４２】
また、状態表示コントローラ１４で、駆動機構１とその周囲構造物５の状態を表示するための、３ＤＣＡＤデータも駆動機構の原点座標が既知であるため、容易に得ることができる。よって、補修箇所の形状計測結果は、状態表示コントローラ１４に３Ｄ状態表示画像として表示できるため、オペレータが正常に処理ができているかどうかオペレータが容易に判断することが可能となる。
【００４３】
次に補修施工データ生成を行う。  
図６は、実施形態１における遠隔点検補修システムによる施工データ生成を説明する図であり、（ａ）は多関節アーム部とキズの見取り図、（ｂ）−（ｄ）は施工ポイント座標の算出を示す図である。
【００４４】
本実施形態では、補修施工データ生成はデータ処理装置１６を用いて行う。データ処理装置１６では、
補修施工条件設定  
→  施工経路生成（施工ポイント座標算出）
→  駆動機構の駆動データ算出  
の手順で行う。
【００４５】
まず補修施工条件設定は以下の条件を設定する。  
・施工範囲
・走査方向
・走査速度（走査ピッチ）
・送りピッチ
・駆動機構のヘッド部と施工対象面との距離
・ヘッド部と施工対象面との傾き
【００４６】
施工範囲以外は、事前に施工条件が決められており、初期設定ファイルに記述して、補修施工データ生成時に参照する方法を用いる。データ処理装置１６で処理する場合、先に実施するキズ探索処理で、炉底部構造物のキズ５ａの位置（駆動機構１の原点でのＲ，θ）を求めてあることから、施工範囲データを機械的に設定することができる。
【００４７】
設定した補修施工条件を基に施工ポイント座標算出を行う。施工ポイントは、施工範囲を初期設定ファイルに記述してある走査ピッチ、送りピッチで分割した格子点の座標で、機械的に求める。よって、データ処理装置１６で初期設定ファイル、及び処理により算出したキズ５ａの位置データ、形状計測データ（３ＤＣＡＤデータ）を用いて、施工経路生成（施工ポイント座標算出）が可能となる。
【００４８】
続いて、データ処理装置１６による駆動データ生成を行う。既に施工経路生成（施工ポイント座標算出）が算出され、初期設定ファイルでヘッド部４と施工対象面との距離と傾きが設定されているため、機械的演算により駆動機構１の駆動データを生成できる。
【００４９】
生成した駆動データは、状態表示コントローラ１４に送信され、状態表示コントローラ１４でシミュレーションにより、駆動機構１と炉底部構造物との干渉をチェックしてデータの健全性を確認する。万一干渉する場合には、初期設定ファイルのヘッド部４と施工対象面との距離、傾きデータを変更して再度データ生成し、駆動機構１と炉底部構造物と干渉しない駆動データを生成する。
正常に生成した駆動データは、駆動コントローラ１３に送信し、駆動コントローラ１３で駆動機構制御盤１２を制御して駆動機構１を駆動させて、補修施工を行う。
【００５０】
駆動コントローラ１３による補修施工が終了したら、ヘッド部４に備えたテレビカメラ１７を用いて、施工後確認を行う。  
正常に補修施工が正常に行われたことが確認されると、駆動機構１を引き上げて、一連の作業が完了となる。
【００５１】
よって、本実施形態の遠隔点検補修システムは、１台の駆動機構１を用いて炉底部構造物の一連の補修施工処理が可能となる。特に機構挿入前処理で、駆動機構１、形状計測センサ６、テレビカメラ１７の水中環境でのキャリブレーションを行っており、正確で効率的な作業が可能となる。また構造物の既知の点により補正することにより、装置を移動した場合にも互いのデータを重ね合わすことができるので、広域の形状計測データを習得することが可能である。
また、各処理毎に３次元アニメーション表示で状態確認でき、オペレータの負担が少なく、確実かつ効率的な運用ができる。
【００５２】
以上のシステム構成及び手順とすることで、原子炉の圧力容器内の構造物、特に狭隘で形状計測条件の厳しい炉底部溶接部近傍のキズに対して一連の点検補修施工を実現できる。
【００５３】
本実施形態によれば、製造過程の気中においても、運転開始後の定期点検中においても炉内の形状をアズビルトで把握することが可能になるので、検査、補修、交換、予防保全工事を行う場合に、装置との干渉や装置設計の裕度を確認することができ、工事の工期短縮を実現し、信頼性が向上する。
【００５４】
（実施形態２）
本発明に係る遠隔点検補修システム及び方法の実施形態２について図７、図８を用いて説明する。実施形態１と共通の箇所には同じ符号を付している。
【００５５】
図７は、実施形態２における補修施工による過熱及び不純物の付着から監視用テレビカメラを保護する手段を示す図である。  
図７中の駆動機構１の先端部（ヘッド部４）に取付けられるテレビカメラ１７は、補修施工を行う場合、施工面に非常に近づく。本実施形態の補修施工では、溶接施工を行うが、溶接施工を行う場合、施工面が約１０００℃まで過熱される。また、強力な光線を発する。施工面に近い箇所に取付けるテレビカメラ１７は、溶接施工時に放射熱、伝導熱により動作不良を発生する可能性が高い。また、溶接施工で発生する不純物がテレビカメラのレンズ表面に付着して、正常な映像の撮影が困難となる。
【００５６】
施工面に近い箇所に取付けるテレビカメラ１７は、溶接施工中は、溶接で発する強力な光線があるので映像監視は行わない。
【００５７】
よって、本実施形態では、まず制御装置１１に設けた水ポンプ２１から延びる洗浄用水ホース２０を備えて、洗浄用水ホース２０の先端からテレビカメラ１７のレンズに洗浄水を流し、テレビカメラ及びレンズの冷却とレンズの洗浄を兼ね合わせて行うものである。
なお、洗浄用水ホース２０を１本として記述しているが、必要に応じて複数本備えることも可能となる。
【００５８】
本実施形態では、テレビカメラ１７及びレンズの冷却とレンズの洗浄処理を洗浄用水による対策のみではない。溶接施工では強力な光線に対しても対策を講じる。
【００５９】
図８は、本実施形態における補修施工で発する強力光線の熱線から監視用テレビカメラを保護する手段を示す図であり、（ａ）はシャッタ機構を備える場合、（ｂ）は反射ミラーを備える場合である。
【００６０】
図８（ａ）に示すようにレンズの前方に遠隔で光線を遮断するシャッタ機構２２を備えて、施工時に強力な光線によるレンズの燃焼を防ぐことが可能である。また、図８（ｂ）に示すように強力な光線が直接テレビカメラ１７に入らないように、テレビカメラ１７の向きを９０度回転させて取付け、反射ミラー２３を介して映像を撮影することも可能である。
【００６１】
以上のことから、溶接施工のような補修処理で、施工面近傍が高熱になったり、不純物の付着が発生する箇所にテレビカメラを設置する場合も、正常な映像により監視することが可能な遠隔点検補修システムを提供できる。
【００６２】
（実施形態３）
本発明に係る遠隔点検補修システム及び方法の実施形態３について図９、図１０を用いて説明する。実施形態１と共通の箇所には同じ符号を付している。
【００６３】
実施形態１，２では、遠隔点検補修システムの駆動機構１に形状計測センサ６やテレビカメラ１７を取付け、そして、形状計測センサ６やテレビカメラ１７と駆動機構１との位置関係を明確化することで、補修箇所であるキズ５ａの位置を検出し、補修箇所の形状を計測し、自動施工できる駆動機構１の駆動データを生成し、施工するシステムであった。
【００６４】
実施形態３は、実施形態１の駆動機構１に形状計測センサ６やテレビカメラ１７を取付けないで、実施形態１と同様のキズ探索、形状計測の機能を有するシステムを実現する。
実施形態３によるキズ探索、形状計測は、駆動機構１とは独立に炉底部に挿入する監視カメラを用いて行う。この監視カメラは、駆動機構１と周囲構造物５との状態監視、駆動機構１からの信号ケーブルやホースの引き回し監視を目的としている。
【００６５】
図９は、本実施形態における遠隔点検補修システムの駆動機構の周囲に固定の複数のテレビカメラを挿入し、データ処理装置を用いてキズ探索、形状計測を行うシステムの構成を示す図である。
【００６６】
防水テレビカメラ（以下「テレビカメラ」）３０（３０−１，３０−２，３０−３）は、旋回軸と俯仰軸を有する雲台に搭載され、防水構造（又は防水ケースに収納）にしたものである。テレビカメラ３０は、駆動機構１を挿入した箇所の周囲スタブチューブに固定し、点検補修の施工対象となる周囲構造物５（炉底部構造物）の映像を撮影する。本実施形態のテレビカメラ３０は、ＬＡＮを用いて遠隔から視点位置、変倍、焦点調節、アイリス（ＩＲＩＳ）が制御できるネットワークカメラを用いている。ネットワークカメラは、パソコンからの操作で視点位置、変倍、焦点調節、アイリスが容易に制御できる。また、パソコン上に表示された映像の任意の箇所をマウスでクリックすると、クリックした箇所が映像の中心にくる機能や、正確な雲台姿勢データを収集し、出力する機能を有している。
【００６７】
本実施形態のテレビカメラ３０の映像は、信号ケーブル３１（３１−１，３１−２，３１−３）、マルチプレクサ（ＨＵＢ）３２を介して制御装置１１のデータ処理装置３３（パソコン）に取り込まれる。テレビカメラ３０の視点位置、変倍、焦点調節、アイリスの遠隔制御は、同じくデータ処理装置３３（パソコン）によって行う。
【００６８】
テレビカメラ３０でキズ探索、形状計測し、駆動機構１の原点からの位置データ、形状データ（３ＤＣＡＤデータ）を正確に収集するには、駆動機構１とそれぞれのテレビカメラ３０の位置・姿勢を正確に検出する必要がある。
【００６９】
それぞれのテレビカメラ３０の位置・姿勢は、データ処理装置３３から複数台（例えば３台）のテレビカメラ３０を遠隔制御することで検出する。まずデータ処理装置３３は、３台のテレビカメラ３０が互いに対面する位置・姿勢にし、その時の雲台位置・姿勢データを求める。スタブチューブ間の距離が既知であるから、一義的に駆動機構１の原点からの３台のテレビカメラ３０の座標及び姿勢（向き）を求めることができる。テレビカメラ３０の取付け位置にズレがある場合には、既知である駆動機構１の関節部形状（端部）に視点を向けて映像を収集し、端部が映像の中心に来たときの雲台位置・姿勢データを求め、駆動機構１の原点からの３台のテレビカメラの座標及び姿勢（向き）を求めることができる。
【００７０】
次に、駆動機構１の先端部（ヘッド部４）に取付けたレーザ発生部３４からのレーザビーム３５を炉底部構造物に照射する。レーザビーム３５は、信号ケーブル３６を介してレーザ発生部電源３７に接続される。データ処理装置３３（パソコン）は、３台のテレビカメラ３０の視点位置を移動させて、レーザ発生部３４から照射したレーザビーム３５が炉底部構造物に当たった映像を収集し、それぞれの映像の中心にレーザビーム３５の中心がくるように遠隔制御する。また、その時の雲台位置・姿勢データを求める。既に駆動機構１の原点からの３台のテレビカメラの座標及び姿勢（向き）が求まっていることから、炉底部構造物に照射したレーザビーム３５の座標が求まる。
【００７１】
よって、炉底部のキズ５ａの位置や形状計測は、レーザ発生部３４を移動させその映像を収集し、対応点を求め座標変換処理を行うことで、駆動機構１の原点からの位置座標を求めることで可能となる。
【００７２】
別の変形例としてスタブチューブにテレビカメラ（ネットワークカメラ）を固定しなくても、炉底部のキズ５ａの位置や形状計測できる方法を提案する。
【００７３】
図１０は、本実施形態における遠隔点検補修システムの駆動機構の周囲に遊泳ロボットを挿入し、データ処理装置を用いてキズ探索、形状計測を行うシステムの構成を示す図である。
【００７４】
複数台（例えば３台）の遊泳ロボット４０（４０−１，４０−２，４０−３）は、テレビカメラ４８（４８−１，４８−２，４８−３）を備えている。遊泳ロボット４０を炉底部構造物の周囲に移動させる。遊泳ロボット４０の位置・姿勢移動は、データ処理装置４３から遠隔指令を出力し、信号ケーブル４１（４１−１，４１−２，４１−３）、遊泳ロボット駆動制御装置４２（４２−１，４２−２，４２−３）を介して制御される。また、遊泳ロボット４０に取付けたテレビカメラ４８からの映像は、遊泳ロボット駆動制御装置４２で収集し、データ処理装置４３に送信する。レーザビーム４５は、信号ケーブル４６を介してレーザ発生部電源４７に接続される。
【００７５】
遊泳ロボット４０の位置・姿勢（テレビカメラの座標）の検出は、データ処理装置４３で行う。データ処理装置４３は、それぞれの遊泳ロボット４０のからの映像を取り込み、以下のデータ処理を行うことで位置・姿勢を求める。
【００７６】
（１）テレビカメラ４８が炉底部構造物を撮影できるように遊泳ロボット４０の位置・姿勢を移動させる。
（２）ヘッド部４に取付けたレーザ発生部４４で、炉底部構造物を照射する。
（３）その時のヘッド部４の位置・姿勢データを求める。
（４）テレビカメラ４８の映像でレーザ発生部４５の照射点座標を求める。
（５）（２）〜（４）の作業を数回繰り返す。
（６）照射点座標とそれに対応するヘッド部４の位置・姿勢データからそれぞれの映像全体の対応点を定める。
（７）定まったそれぞれの映像の対応点について映像中心から座標データを求め、３次元位置座標を算出する。
【００７７】
よって、レーザ発生部４４の照射を行い、遊泳ロボット４０からの映像により、データ処理装置４３を用いて、それぞれの映像の対応点を求めることで、炉底部構造物の形状及びキズ５ａの位置座標を求めることが可能となる。
【００７８】
以上のことから、本発明のシステムは、１台の機構と耐環境性に優れた小型のセンサを少数用いて、周囲構造物の形状・寸法を計測して、確実かつ効率的に点検・補修作業を行うことが可能となる。また、本発明のシステムは、構成が簡素で、運用が容易となる。既存の小型のセンサを少数組込んであることから、安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施形態１における炉底部構造物を対象とした遠隔点検補修システムの構成を示す図。
【図２】実施形態１における遠隔点検補修システムによる炉底部構造物の点検補修施工の手順を示す図。
【図３】実施形態１における遠隔点検補修システムの形状計測センサ、監視用テレビカメラのキャリブレーション方法を説明する図であり、（ａ）は全体の見取り図、（ｂ）−（ｄ）はそれぞれ初期姿勢、昇降移動、前後移動を示す図。
【図４】実施形態１におけるキズの映像からキズの座標及び補修施工範囲を求める方法を示す図であり、（ａ）はキズを有する炉底部構造物、（ｂ）は駆動機構の一部、（ｃ），（ｄ）はヘッド部を移動させた状態をそれぞれ示す図。
【図５】実施形態１における遠隔点検補修システムによる炉底部形状計測の処理結果を示す図であり、（ａ）はシステム全体の見取り図、（ｂ）は炉底部構造物の３次元形状を作成した結果を示す図。
【図６】実施形態１における遠隔点検補修システムによる施工データ生成を説明する図であり、（ａ）は多関節アーム部とキズの見取り図、（ｂ）−（ｄ）は施工ポイント座標の算出を示す図。
【図７】実施形態２における補修施工による過熱及び不純物の付着から監視用テレビカメラを保護する手段を示す図。
【図８】実施形態２における補修施工で発する強力光線の熱線から監視用テレビカメラを保護する手段を示す図であり、（ａ）はシャッタ機構を備える場合、（ｂ）は反射ミラーを備える場合の図。
【図９】実施形態３における遠隔点検補修システムの駆動機構の周囲に固定の複数のメラを挿入し、データ処理装置を用いてキズ探索、形状計測を行うシステムの構成を示す図。
【図１０】実施形態３における遠隔点検補修システムの駆動機構の周囲に遊泳ロボットを挿入し、データ処理装置を用いてキズ探索、形状計測を行うシステムの構成を示す図。
【符号の説明】
【００８０】
１…駆動機構、２…駆動機構本体部、３…多関節アーム部、４…駆動機構ヘッド部、４ａ…レーザ発射部、５…周囲構造物、５ａ…キズ、６…形状計測センサ、７…レーザ発生部、８…テレビカメラ、９…レーザビーム、１１…制御装置、１５…信号処理部、１６…データ処理装置、１７…テレビカメラ、２０…洗浄用水ホース、２１…水ポンプ、２２…シャッタ機構、２３…反射ミラー、３０…防水テレビカメラ、４０…遊泳ロボット、４８…テレビカメラ。
【図１】
2010000533.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010000533.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010000533.tif 000007
【図６】
2010000533.tif 000008
【図７】
2010000533.tif 000009
【図８】
2010000533.tif 000010
【図９】
2010000533.tif 000011
【図１０】
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